Was ist ein Unterseekabel? Unterwasserfaser erklärt

Unsere drahtlose Welt hängt von einigen hundert Glasfaserkabeln ab, die auf dem Meeresboden verlegt sind

Obwohl wir in einer zunehmend drahtlosen Welt leben, hängt diese Konnektivität von Kabeln unter dem Meer ab.

Untersee- oder Unterwasserkabel sind Glasfaserkabel, die über auf dem Meeresboden verlegte Kabel Länder auf der ganzen Welt verbinden. Diese oft Tausende von Kilometern langen Kabel sind in der Lage, riesige Datenmengen schnell von einem Punkt zum anderen zu übertragen.

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Ein Unterseekabel ist ein im Meer verlegtes Glasfaserkabel, das zwei oder mehr Anlandepunkte verbindet.

Kabel sind selten viel breiter als ein Gartenschlauch und bestehen heute im Allgemeinen aus optischen Fasern, die die Informationen übertragen. Diese werden dann mit Silikongel überzogen und anschließend mit verschiedenen Schichten aus Kunststoff, Stahldraht, Kupfer und Nylon ummantelt, um eine Isolierung zu gewährleisten Schützen Sie das Signal und schützen Sie das Kabel vor Schäden durch Wildtiere, Anker und Fischerei sowie Wetter und andere Naturereignisse.

Die Verlegung der Kabel erfolgt mit speziell für diesen Zweck umgebauten Schiffen, die die „Nassanlagen“-Infrastruktur transportieren und langsam auf dem Meeresboden verlegen. Diese Spezialschiffe können Tausende Kilometer an optischen Kabeln aufs Meer befördern. Ein spezieller Unterwasserpflug wird auch zum Graben und Vergraben von Unterwasserkabeln entlang des Meeresbodens in Küstennähe eingesetzt, wo Marineaktivitäten wie Ankern und Fischen am häufigsten stattfinden und die Unterwasserkabel beschädigt werden könnten.

„Wir haben seit über 150 Jahren Unterseekabel“, erklärt Gil Santaliz, Gründer und CEO der Kabellandestation NJFX in New Jersey, „und sie waren wirklich eine Möglichkeit zur Kommunikation zwischen Ländern und Kontinenten.“

„Die einfachste Anwendung besteht darin, einem anderen Teil der Welt mitzuteilen, was in einem Teil der Welt passiert. Wir haben dies jedoch geändert, um die gleichzeitige Existenz von Anwendungen in mehreren Ländern zu ermöglichen, die Leistung der Anwendungen zu verbessern und sie umweltfreundlicher zu gestalten.“ Standorte, an denen Sie Anwendungen ohne CO2-Fußabdruck ausführen und dennoch die Anwendung genießen können, das Land, in dem sie nicht über diese Ressource verfügen.“

Die Arbeiten zur Demonstration des Potenzials von Unterseekabeln begannen in den 1840er Jahren, als Samuel Morse, der Erfinder des Morsecodes, 1842 einen mit geteertem Hanf und Kautschuk isolierten Draht in das Wasser des New Yorker Hafens tauchte und durch ihn telegrafierte.

Das erste kommerzielle Kabel wurde 1850 verlegt, als die English Channel Submarine Telegraph Company ein Telegraphenkabel zwischen England und Frankreich verlegte. Wochen später wurde es von Fischern geschnitten, weil sie dachten, es handele sich um Algen. Ein Nachfolgeunternehmen, die Submarine Telegraph Company, verlegte im nächsten Jahr ein zweites Kabel, und es folgten weitere Kabel, die die britischen Inseln mit dem europäischen Festland verbanden.

Im Jahr 1854 wurde von der Atlantic Telegraph Company das transatlantische Telegraphenkabel verlegt, das 1858 fertiggestellt wurde und von Valentia in Westirland zur Bay of Bulls, Trinity Bay, Neufundland führte und als erstes den Atlantik überquerte. Es funktionierte nur drei Wochen lang, bevor es irreparabel kaputt ging.

Das erste offizielle Telegramm, das zwischen zwei Kontinenten ausgetauscht wurde – alle zwei Minuten ein einziges Zeichen – war ein Glückwunschbrief der Königin Victoria des Vereinigten Königreichs an den Präsidenten der Vereinigten Staaten, James Buchanan, am 16. August. Nach zunehmender Signalverschlechterung Das Kabel wurde zerstört, nachdem eine übermäßige Spannung angelegt wurde, um die Übertragungsstärke zu erhöhen. Obwohl es nur kurze Zeit in Betrieb war, zeigte es, dass eine interkontinentale Kommunikation möglich war, und 1865 wurde ein zweites Kabel verlegt.

Die ersten transpazifischen Kabel wurden 1902 und 1903 fertiggestellt und verbanden 1902 das US-amerikanische Festland mit Hawaii und 1903 Guam mit den Philippinen.

Das erste Unterwasser-Telefonkabel, TAT-1, wurde zwischen 1955 und 1956 verlegt. Ein Gemeinschaftsprojekt zwischen der britischen Post (zu der BT mehrere Jahre lang gehörte), der American Telephone and Telegraph Company (heute AT&T) und Die Canadian Overseas Telecommunications Corporation konnte 35 gleichzeitige Telefongespräche führen.

Das achte transatlantische Kommunikationskabel, TAT-8, war das erste Glasfaser-Unterseekabel. Das Kabel wurde 1988 von einem Konsortium von Unternehmen unter der Leitung von AT&T, France Télécom und British Telecom gebaut und konnte 280 Mbit/s übertragen. Es wurde 2002 in den Ruhestand versetzt.

Heute sind mehr als 400 Unterseekabel in Betrieb. Einige verbindende nahegelegene Inseln können kürzer als 50 Meilen lang sein. Andere, die den Pazifik durchqueren, können eine Länge von mehr als 10.000 Meilen erreichen. Einige verbinden einzelne Punkte über ein Gewässer hinweg, andere verfügen über mehrere Landepunkte, die mehrere Länder verbinden.

Die Antarktis ist der einzige Kontinent, der noch nicht von einem unterseeischen Telekommunikationskabel erreicht wird. Berichten zufolge wird jedoch darüber nachgedacht, die Konnektivität für Forscher in der Region zu verbessern.

Nach Auswahl der gewünschten Route beginnen Spezialschiffe mit der Verlegung des Kabels, das auf den Meeresboden geworfen wird. Diese Schiffe halten riesige Kabelspulen, bevor sie sie langsam und präzise entfalten und auf dem Meeresboden verlegen. Wenn sich die Kabel dem Land nähern, werden sie häufig in von Unterwasserpflügen angelegten Gräben vergraben, um sie vor Beschädigungen zu schützen.

Obwohl vor 1966 Berichten zufolge 16 Fälle gemeldet wurden, in denen sich Wale mit Unterwasser-Telegrafiekabeln verhedderten, beeinträchtigen Kabel heute nach der Verlegung nur noch selten die lokale Tierwelt, obwohl sie manchmal Anemonen und dergleichen ermöglichen, sich in einem Bereich festzusetzen, wo sie sonst möglicherweise nicht in der Lage wären siedeln.

Es ist bekannt, dass Haie gelegentlich Unterwasserkabel beißen – möglicherweise angelockt durch die elektrischen Signale – zuletzt von Google im Jahr 2014. Solche Vorfälle sind jedoch selten und können durch zusätzliche Kabelpanzerung bekämpft werden.

Letztes Jahr wurden mehr als 500.000 Jakobsmuscheln bewegt, damit ein Glasfaserkabel auf dem Meeresboden vor Port Erin und Port Grenaugh auf der Isle of Man auf den britischen Inseln verlegt werden konnte. Das 940 km lange Havhingsten-Telekommunikationskabel wird die Insel mit Irland, Großbritannien und Dänemark verbinden.

Kabel enthalten eine Reihe von Repeatern, die das Signal entlang der Kabellänge etwa alle 100 km verstärken. An jedem Ende erreichen die Kabel das Land innerhalb einer Kabellandestation, von wo aus die Daten an ihren endgültigen Standort weitergeleitet werden.

„Glasfaserkabel nutzen Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM), eine Technologie, bei der mehrere Wellenlängen – jede mit Raten von Hunderten von Gigabit pro Sekunde – eine Maximierung der Informationsübertragungskapazität eines Unterseekabels ermöglichen“, erklärt Brian Lavallée, Senior Direktor für Lösungsmarketing beim Telekommunikations- und Netzwerkunternehmen Ciena. „Optische Verstärker, die im U-Boot-Netzwerkbereich immer noch als Repeater bezeichnet werden, verstärken diese Signale in regelmäßigen Abständen, während sie ihre transozeanischen Routen durchqueren.“

Auf die gleiche Weise wie OpenRAN und Container zu einer stärkeren Aufteilung zwischen Komponenten führen, bedeutet laut Lavallée die Einführung von Open Cables und die Aufteilung von SLTE aus der „Nassanlage“, dass Kabelsysteme routinemäßiger aufgerüstet werden können und bei der Auswahl neuer Geräte eine größere Auswahlvielfalt geboten wird Komponenten.

„Das Open-Cables-Modell führte dazu, dass sich zahlreiche neue Upgrade-Anbieter der U-Boot-Netzwerkbranche anschlossen, und U-Boot-Kabelbetreiber haben die Vorteile einer größeren Auswahl an SLTE-Technologie und -Anbietern erkannt und geschätzt. U-Boot-Systeme wie Southern Cross sind jetzt zu mehr fähig.“ durch Upgrades auf die SLTE-Technologie mehr als das 80-fache ihrer ursprünglich vorgesehenen Kapazität erreichen.“

An jedem Ende eines Kabels befindet sich eine Kabellandestation. Ähnlich wie ein „normales“ Rechenzentrum beherbergt es wichtige Netzwerkgeräte, die das Kabel mit Strom versorgen und seinen Betrieb steuern.

„Traditionell wurden an der Kabellandestation Submarine Line Terminal Equipment (SLTE) und Power Feed Equipment (PFE) eines Seekabelsystems installiert“, sagt Lavallée. „In einigen Fällen wird das PFE an einer Kabellandestation installiert, während das SLTE an einem anderen Ort im Landesinneren installiert wird, beispielsweise in einer Zentrale oder zunehmend auch in einem Rechenzentrum.“

Obwohl die Kapazität bestehender Kabel ständig zunimmt, ist Googles Dunant-Kabel von Virginia nach Frankreich derzeit das Kabel mit der größten Kapazität und kann 250 Terabit pro Sekunde übertragen.

Santaliz sagt, dass die Kapazität des Satelliten-Internets steigt und gleichzeitig die Kosten sinken, während die terrestrischen und Unterwassersysteme explodieren.

„Sie wachsen exponentiell schneller als selbst die Satelliten-Typen und dringen immer mehr und mehr durch diese Fasern, als jeder jemals für möglich gehalten hätte“, sagt er. „Vor anderthalb Jahren war ein 8-Paar-System eine große Sache, und davor waren es vier Paare. Heute verwenden sie 24-Paar-Systeme, und sie gehen nicht nur von A nach B, sondern von A nach.“ B nach C nach D nach E

„Ich würde sagen, dass es in den nächsten vier Jahren Petabit-Systeme über den Atlantik geben wird“, prognostiziert Santaliz.

Nach einem Test Anfang des Jahres konnte die potenzielle Kapazität des transatlantischen MAREA-Kabels von 200 Tbit/s auf 224 Tbit/s erhöht werden. Das gemeinsame Microsoft-Facebook-Projekt war ursprünglich auf eine Kapazität von 160 Tbit/s ausgelegt.

Im Juli kündigte TPG Telecom Pläne zur Modernisierung seines PPC-1-Unterseekabels zwischen Sydney und Guam an und steigerte die Datenkapazität des Kabels mithilfe des ICE6 800G-Produkts von Infinera um 50 Prozent von derzeit 8 Terabit pro Sekunde auf 12 Terabit pro Sekunde.

Japanische Forscher haben kürzlich einen neuen Datenübertragungsrekord aufgestellt und Informationen mit einer Geschwindigkeit von 319 Terabit pro Sekunde gesendet.

Kabel befanden sich traditionell im Besitz von Konsortien von Telekommunikationsunternehmen, die sich zusammenschlossen, um die Kosten für die Herstellung und den Einsatz eines Kabels zu verteilen und im Gegenzug einen Teil der Bandbreite des Kabels nutzen zu dürfen. Heutzutage investieren Cloud- und Hyperscale-Unternehmen wie Facebook, Google, Microsoft und Amazon zunehmend in Unterseekabel, sowohl im Rahmen traditioneller Konsortien als auch als private Projekte.

Wie jede andere digitale Infrastruktur können Kabel gekauft und verkauft werden; Hawaiki Submarine Cable wurde im Juli von einer Tochtergesellschaft des Schifffahrtsgiganten BW Group für angeblich 445 Millionen US-Dollar übernommen. Und wie bei jeder anderen digitalen Infrastruktur besteht das Hauptrisiko eines Kabels in einem unerwarteten Ausfall.

Glasfaserausfälle an Land kommen recht häufig vor; Kabel und Geräte können von Nagetieren gefressen werden – was kürzlich in Australien und Neuseeland passiert ist – oder durch Bauarbeiten zerschnitten werden. Sogar Kühe, die auf ein oberirdisches Glasfaserkabel traten, verursachten zeitweise Ausfälle.

Während Unterseekabel möglicherweise nicht durch Kühe oder Bauarbeiten gefährdet sind, bestehen Risiken für Unterseekabel. Unterseekabel weisen eine höhere Fehlertoleranz auf als terrestrische Glasfaserkabel, aber auftretende Probleme können kostspielig, schwierig und langsam zu beheben sein, da es Zeit und Mühe kostet, die Kabel zuerst zu erreichen und dann an die Oberfläche zu heben.

„Die Merkmale sind hinsichtlich der möglichen Auswirkungen auf ein Unterseekabel sehr unterschiedlich zu einem terrestrischen Kabel“, erklärt Santaliz. „Bei einem terrestrischen Kabel ist die Wahrscheinlichkeit, dass etwas schief geht, 100-mal größer als bei einem Unterwasserkabel, aber dennoch kann die Reparatur bei einem terrestrischen Kabel Tage dauern, während es bei einer Unterwasserumgebung Wochen dauern kann.“

„Sie könnten auf einer Seite ein Problem mit Ihrem Unterseekabel haben – einen sogenannten Shunt-Fehler –, aber es ist immer noch betriebsbereit und es würde ein weiteres Ereignis erfordern, bis das Kabel tatsächlich ein Problem hat, das es nicht funktionieren lässt. Sie können einen Shunt tolerieren.“ Schuld, aber dann sagen Sie Ihren Schiffen, sie sollen sich darauf vorbereiten, dies in geplanter und koordinierter Weise zu bewältigen.“

„Aber die Kosten gehen in die Millionen, wenn man sich mit einem Fest- oder Unterseekabel beschäftigt, während die Reparatur terrestrischer Kabelsysteme Zehntausende kosten wird.“

Im Durchschnitt gibt es etwa 100 Kabelfehler pro Jahr. Während bei manchen Vorfällen Tiere und Naturereignisse die Ursache sind, wird der Großteil der Kabelschäden durch Fischerei und Schifffahrt verursacht.

Die Reparatur eines beschädigten Kabels ist unglaublich zeitaufwändig; Sobald ein Fehler lokalisiert ist, muss ein Schiff das Gebiet abfahren, das Kabel finden und – beide Enden, wenn es vollständig durchtrennt ist – oft mithilfe eines Seils und eines Greifers oder eines Tauchroboters an die Oberfläche heben. In größeren Tiefen kann es mehr als einen Tag dauern, ein Kabel vom Meeresboden zu heben. Beschädigte Kabellängen werden entfernt und anschließend wird das Kabel wieder zusammengespleißt, mit Klebstoffen und einer Verbindung abgedichtet und wieder auf den Meeresboden abgesenkt.

Anfang des Jahres reichte GTT Communications eine einstweilige Verfügung gegen lokale Fischer in Irland ein, um sie daran zu hindern, in der Nähe von zwei seiner Unterseekabel vor der Küste von Kilmore Quay in der Grafschaft Wexford mit Schleppnetzen zu fischen.

Im August brach das Vocus Australia Singapore Cable an „mehreren Orten in schwierigen Tiefen“ vor der Küste von Perth, Australien. Obwohl Vocus die Ursache nie offiziell bekannt gab, gab es Gerüchte, dass das Kabel durch einen Schiffsanker gebrochen sei. Zwölf Tage später wurde das Kabel repariert und für betriebsbereit erklärt.

Kabel können auch durch Naturereignisse brechen. Im Januar 2020 wurden zwei Unterseekabel vor Westafrika durch unterseeische Schlammlawinen beschädigt, die möglicherweise durch Überschwemmungen im Kongo verursacht wurden.

„Natürliche Ursachen sind nur für etwa 10 Prozent der Störungen verantwortlich“, sagt Lavallée von Ciena, „aber wenn sie auftreten, kommt es oft zu Kabelbrüchen an mehreren Stellen, was zu Problemen in einer ganzen Region führen kann.“

„Wir haben das einige Male erlebt, 2006 und 2009 vor der Küste Taiwans und 2011 vor der Küste Japans [nach Erdbeben].“

Santaliz erklärt, dass es zwei Lebensenden eines Kabels gibt; Es gibt ein physisches Lebensende, an dem es nicht mehr funktioniert und ausgemustert werden muss, und ein wirtschaftliches Lebensende, an dem es sich nicht lohnt, ein noch funktionierendes Kabel zu verlegen.

„Man kann ein Kabel haben, das 18 Jahre im Wasser lag, aber weil ein neues System gebaut wird, das sehr ähnliche Landungen hat, ist die wirtschaftliche Lebensdauer des älteren Systems nicht rentabel“, erklärt er. „Aus kommerziellen Gründen können sie nicht mithalten. Auch wenn das Kabel noch funktioniert, werden sie es wahrscheinlich vorzeitig abschalten, weil es sich einfach nicht lohnt, es zu behalten.“

Die Kosten für die Wartung von mindestens zwei Kabelpunkten, das Personal und die Reparatur des Kabels bei Bedarf stellen allesamt Fixkosten dar, die es schwieriger machen, im Wettbewerb zu bestehen, wenn ein Kabel mit größerer Kapazität ähnlichen Routen und Landepunkten wie bestehende Kabel folgt.

Sobald ein Kabel jedoch ausgemustert ist, werden oft nur geringe Anstrengungen unternommen, um es wiederherzustellen. Obwohl Kupfer wertvoll ist, ist es unwahrscheinlich, dass es die Kosten für die Wiederherstellung eines Kabels amortisiert. Und während viele argumentieren würden, dass es schädlich sei, ein Kabel langfristig im Meer liegen zu lassen, könnte das Ausgraben eines Kabels auch die Meereslebewesen in der Gegend stören. Das Verlegen von Kabeln ist technisch möglich, kommt aber selten vor.

Santazli geht jedoch davon aus, dass es in Zukunft durchaus mehr Mandate für die Bergung von Unterseekabeln aus Umweltgründen geben könnte, zumindest innerhalb der Hoheitsgewässer eines Landes.

„Es ist heute eine wirtschaftliche Frage, aber die Umweltschützer werden viel aktiver und fordern, dass wir darüber nachdenken. Einige Staaten in den USA werden fordern, dass man das Kabel zumindest für unsere Grenzen nicht einfach liegen lässt und verrottet.“

Im Mai gaben Subsea Environmental Services und Red Penguin Associates bekannt, dass sie für die Stilllegung des 20 Jahre alten, 15.428 km langen transatlantischen TAT-14-Telekommunikationskabelsystems ausgewählt wurden. Berichten zufolge dauerte die Planungsphase des Projekts fast ein Jahr. Allein die Arbeiten an Land in den USA, Großbritannien, Frankreich, Dänemark und den Niederlanden sollen bis Ende 2021 abgeschlossen sein.

Da sich die Kabeltechnologie verbessert hat und die Kosten gesunken sind, verzeichnen abgelegene Länder, die früher auf Satelliten oder eine langsamere Infrastruktur angewiesen waren, rasch einen massiven Anstieg der lokalen Kabelkapazität. Im März wurde bekannt gegeben, dass die Galapagos-Inseln eine neue Unterwasserverbindung nach Ecuador mit einer Bandbreite von bis zu 20 Terabit pro Sekunde (Tbps) erhalten würden, was die derzeitige Kapazität der Inseln um das Zehnfache erhöht.

Allerdings müssen Entscheidungen über Kabelrouten und Teilnehmer zunehmend unter Zugeständnissen hinsichtlich möglicher politischer und regulatorischer Folgen getroffen werden.

Auch wenn die Verlegung terrestrischer Glasfaserkabel häufig ein politisches Problem darstellt, liegt dies in der Regel daran, dass Menschen und Unternehmen von ihren Vertretern vor Ort mehr davon verlangen. Bei Unterseekabeln bedeutet der transnationale Charakter jedoch, dass internationale Beziehungen Einfluss darauf haben können, wo ein Kabel verlegt wird und welche Unternehmen beteiligt sind. Die eisigen internationalen Beziehungen, insbesondere zwischen den USA und China, führen dazu, dass viele vorgeschlagene Depeschen neu überdacht oder sogar ganz gestrichen werden.

Anfang dieses Jahres wurde das Ostmikronesien-Unterseekabel, das die pazifischen Inselstaaten Nauru, Kiribati und die Föderierten Staaten von Mikronesien (FSM) verbinden sollte, aus politischen Gründen abgeschafft. Es wurde berichtet, dass das von der Weltbank geführte Projekt aus Sicherheitsgründen die Vergabe des Auftrags ablehnte, anstatt ihn dem chinesischen Kabelunternehmen HMN Technologies zu überlassen. Nauru verhandelt mit Australien über den Bau eines Kabels, das die Insel stattdessen mit dem Coral Sea Cable-System verbinden würde.

Im vergangenen Jahr wurde ein Telegramm von Hongkong in die USA wegen der Verschlechterung der Beziehungen abgesagt. Das von Facebook geführte Hong Kong Americas (HKA)-Kabel wurde erstmals 2018 angekündigt, an dem ein Konsortium aus Tata Communications, Telstra und den chinesischen Staatsunternehmen China Unicom und China Telecom Global Limited beteiligt war. Facebook zog seinen FCC-Antrag aufgrund „anhaltender Bedenken der US-Regierung“ über direkte Kommunikationsverbindungen zwischen den beiden Ländern zurück.

Facebook hatte zuvor zusammen mit Amazon aus ähnlichen Gründen einen Antrag für das Bay-to-Bay Express Cable System zurückgezogen, das Singapur, Malaysia, Hongkong und die USA verbunden hätte. Als möglichen Ersatz wollen die beiden Unternehmen jedoch das CAP-1-Kabel Philippinen-Kalifornien ohne den zuvor angekündigten Partner China Mobile entwickeln, um Probleme mit den Regulierungsbehörden zu vermeiden.

Das Pacific Light Cable Network (PLCN), ein Google- und Facebook-Projekt zur direkten Verbindung von Los Angeles mit China und Hongkong, wurde aus ähnlichen Gründen wie das B2BE-System zurückgefahren. Möglicherweise als Ersatz haben die Unternehmen kürzlich ein US-Singapur-Kabelprojekt namens Echo neben dem Japan-Singapur-Apricot-Kabel angekündigt, das beide ohne China auskommt.

Auch bestehende Kabel sind potenzielle politische Probleme. Im Vereinigten Königreich teilte das Verteidigungsministerium kürzlich mit, dass die Royal Navy ein neues Überwachungsschiff bauen werde, um zum Schutz der Internet-Unterseekabel des Landes beizutragen. Die Mehrzweck-Meeresüberwachung wird eine Vielzahl von Sensoren und eine Reihe ferngesteuerter und autonomer Unterwasserdrohnen umfassen, um nach Störungen von Unterseekabeln durch Dritte zu suchen, einschließlich Versuchen, die Glasfaser zu durchtrennen oder anzuzapfen.

Das Verteidigungsministerium behauptete, dass Russland „in bedeutende Unterwasserfähigkeiten investiert und diese entwickelt, einschließlich Tiefseefähigkeiten, die Unterseekabel gefährden können“.

Das 9.800 km (6.000 Meilen) lange Oman Australia Cable (OAC), das bis Ende 2021 vollständig angeschlossen sein soll, wird Omans Hauptstadt Maskat mit Perth an der Westküste Australiens verbinden. Sub.co sagte, die Route des Kabels sei geplant worden, um mögliche extreme Wetterereignisse zu vermeiden und umstrittene Hoheitsgewässer wie die Sundastraße und das Südchinesische Meer zu umgehen.